[发明专利]一种基于姿态/轨迹复合控制的软式空中加油对接方法

权利要求书

1.一种基于姿态/轨迹复合控制的软式空中加油对接方法，其特征在于：具体包括如下步骤，

步骤一、建立反映变化风场影响的仿射非线性型受油机质心/插头运动综合模型；

首先，在平静大气环境下固定翼无人机六自由度运动模型的基础上，分析大气中变化风场对无人机运动影响的本质，定义式(1)所示的七个受油机状态变量，包括地速V_k、位置向量X₁、航迹角向量X₂、υ、姿态向量X₃、角速率向量X₄和舵偏向量U_act；并建立如式(2)-(5)所描述的反映变化风场影响的受油机质心/插头运动综合模型；然后，构建受油插头与受油机质心位置间的几何关系；

其中，V_k为地速，V₀为期望的加油机飞行速度，y_b、z_b为无人机在机体坐标系b中的y轴和z轴坐标，γ,χ为航迹倾角和航迹偏航角，α,β为迎角和侧滑角，μ为滚转角，p,q,r分别为滚转角速率、俯仰角速率和偏航角速率，δ_a,δ_e,δ_r分别为副翼、升降舵和方向舵偏角，υ₁,υ₂为中间变量；υ为X₂到X₃之间的虚拟控制变量；

地速的回路方程为：

其中，为时变输入系数，为与地速相关的时变非线性项；

下式(3)分别为位置回路方程、航迹角回路方程和姿态回路方程：

受油插头动力学方程为：

角速度回路方程为：

其中，p_b＝[x_b,y_b,z_b]^T为受油机质心位置，p_p＝[x_p,y_p,z_p]^T为受油插头位置；Q＝0.5ρV²为动压，ρ为空气密度，V为空速；B_i为时变输入矩阵，F_i为与各状态变量X₁、X₂、X₃、X₄相关的时变非线性项，i＝1,...,4；R^I/B是机体系到地面系的转换矩阵，B_Probe为位置矢量p_bp对应的斜对称矩阵，p_bp＝[x_bp,y_bp,z_bp]^T为机体系下受油插头相对于受油机质心的位置矢量；

步骤二、针对步骤一中仿射非线性型受油机质心/插头运动综合模型形式，采用线性扩张状态观测器LESO对总干扰项进行估计，得到总干扰项估计值，并在受油机跟踪控制器设计时予以补偿；

步骤三、基于步骤二得到的总干扰项估计值，针对步骤一中受油机仿射非线性运动模型，采用反步设计思想和自抗扰控制方法设计插头运动轨迹控制通道控制器，包括地速回路、位置回路、航迹角回路和姿态回路控制器；

步骤四、设计插头运动姿态控制通道控制器；

步骤五、基于步骤三、四中所设计的插头运动轨迹控制通道和插头运动姿态控制通道控制器，设计角速度控制器；

步骤六、结合步骤二中的LESO和步骤三、四、五中受油机各通道和回路的控制器设计，完成基于姿态/轨迹复合控制的软式空中加油对接方法设计。